[發(fā)明專利]變電仿真VR系統(tǒng)中虛擬手骨骼比例推定方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810839943.1
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN109102572A
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 錢波;蘇慧民;戴黎明;馬劍勛
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司常州供電分公司;國網(wǎng)江蘇省電力有限公司;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號: G06T19/00
• 分類號: G06T19/00;G06T7/80
• 代理公司: 常州市江海陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32214
• 代理人: 張兢

1.一種變電仿真VR系統(tǒng)中虛擬手骨骼比例推定方法，基于MEMS慣性傳感器手部運動跟蹤系統(tǒng)實施，所述MEMS慣性傳感器手部運動跟蹤系統(tǒng)包括MEMS慣性傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊、DSP處理板和計算機；MEMS慣性傳感器包括磁力計、加速度計和9軸運動傳感器，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

①利用MEMS慣性傳感器手部運動跟蹤系統(tǒng)獲得人體手部骨骼關(guān)節(jié)點的位置信息和加速度信息，具體包括以下步驟：

第一步：采用標準姿態(tài)工裝設(shè)備驗證MEMS慣性傳感器檢測數(shù)據(jù)的可靠性和準確性；

第二步：通過運動學的手部骨骼結(jié)構(gòu)分析，設(shè)立簡化的人體手部結(jié)構(gòu)模型；

第三步：根據(jù)設(shè)立的人體手部結(jié)構(gòu)簡化模型，在手部11個設(shè)定的關(guān)節(jié)上佩戴傳感器，利用磁力計、加速度計和9軸運動傳感器進行關(guān)節(jié)點的相對運動姿態(tài)數(shù)據(jù)采集；

第四步：MEMS慣性傳感器手部運動跟蹤系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊通過無線通信將采集的關(guān)節(jié)姿態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP處理板，DSP處理板經(jīng)處理后發(fā)給計算機進行數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)手部主要關(guān)節(jié)的姿態(tài)測量；

②基于兩種特定姿態(tài)的標定，實現(xiàn)對佩戴傳感器的初始誤差校正，并對手部主要骨骼比例進行推算，具體步驟如下：

第一步：采用特定姿態(tài)一進行初始誤差的糾正：

佩戴傳感器的手擺出手部特定姿態(tài)一，所述手部特定姿態(tài)一為手部呈水平狀，五指并攏，手指自然伸直，手心向下；基于特定姿態(tài)一的標定算法得到誤差偏移矩陣，將獲取的運動數(shù)據(jù)進行空間轉(zhuǎn)換，使所有運動數(shù)據(jù)統(tǒng)一到手部骨骼坐標系下；

第二步：采用特定姿態(tài)二進行手指長度的標定：

佩戴傳感器的手擺出手部特定姿態(tài)二，所述手部特定姿態(tài)二為手部呈水平狀，五指自然展開最大，手指自然伸直，手心向下；在特定姿態(tài)二時，食指掌指關(guān)節(jié)與中指掌指關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)矩陣由慣性傳感器采集得到，食指掌指關(guān)節(jié)與中指掌指關(guān)節(jié)之間的夾角通過旋轉(zhuǎn)矩陣的計算得到；此時，

食指掌指關(guān)節(jié)到中指所在直線的距離表示為：

式中，為掌腕關(guān)節(jié)到食指掌指關(guān)節(jié)的距離；

食指掌指關(guān)節(jié)到中指掌指關(guān)節(jié)的距離表示為：

式中，為掌腕關(guān)節(jié)到中指掌指關(guān)節(jié)的距離；

第三步，將手部掌骨比例關(guān)系與手指間距離的推算相結(jié)合，使虛擬手更符合美學觀形狀：拇指掌骨長=0.673×食指掌骨長=0.701×中指掌骨長=0.778×無名指掌骨長=0.847×小手指掌骨長；

③對最終獲取到的完整手部骨架模型再次采用手部骨架模型的生理與運動約束條件進行檢驗，驗證運動數(shù)據(jù)的可靠性。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變電仿真VR系統(tǒng)中虛擬手骨骼比例推定方法，其特征在于：所述步驟①的第二步中設(shè)立的簡化人體手部結(jié)構(gòu)模型為1只手的每個手指只選取兩個指段，選取手部的10個指關(guān)節(jié)和1個掌腕關(guān)節(jié)共11個關(guān)節(jié)建立的手的層次結(jié)構(gòu)模型；所述10個指關(guān)節(jié)為各手指的掌指關(guān)節(jié)、大拇指的遠側(cè)指間關(guān)節(jié)以及其余手指的近側(cè)指間關(guān)節(jié)。